油气开发中的伴生天然气（主要成分为甲烷）燃烧是对资源的极大浪费，也是重要的温室气体人为排放源之一。精细识别并监测全球尺度伴生天然气燃烧排放点源，分析其格局、状态与排放动态，对科学制定行业减/限排方案、确定国家自主排放贡献、评估全球减排目标进展等意义重大。研究聚焦离岸油气开发中的伴生天然气燃烧，主要技术创新、科学发现与对策建议包括：(1) 创新性地利用伴生天然气燃烧释放的高温信号，提出了基于中分光学影像的伴生天然气燃烧遥感监测框架；设计了基于时序光学影像的归一化燃烧排放指数，结合燃烧排放数据，构建了高精度伴生天然气燃烧排放估算模型(图1)，突破了其遥感监测瓶颈。双盲验证表明(投稿前估算的2021年离岸燃烧排放量与投稿后相关国家公布的燃烧量)：构建的燃烧排放估算模型误差为已有估算模型的30%(图2)。(2) 将构建的离岸伴生天然气燃烧动态监测框架应用于全球853万余景Sentinle-2 MSI影像，生成了全球首套高分辨率离岸伴生天然气燃烧点源排放清单(图3)。月度尺度对比分析表明：已有清单检测率仅为研究构建清单的40% (图4)。以上全球尺度应用实践表明：中分光学传感器(如Sentinel-2 MSI)，尽管并非为温室气体排放监测设计，但经精心的算法设计，有极大的高精度工业高温热源排放监测应用潜力。(3) 研究发现全球离岸伴生天然气燃烧排放呈帕累托分布，即20%离岸伴生天然气燃烧点源贡献了约80%燃烧排放量(图5)；并据此给出了全球离岸伴生天然气燃烧点源变现潜力分级(图6)。(4) 研究明确了点源尺度、国家尺度、全球尺度2016–2021年离岸伴生天然气燃烧排放动态(图7)。研究还发现尽管近年来离岸伴生天然气燃烧排放下降明显，但世界银行全球减少天然气燃烧伙伴组织(GGFR)提出的零常规燃烧目标(Zero Routine Flaring, ZRF)仍难以按期实现(图8)。

图1 (a) 基于时间序列Sentinel-2 MSI影像的离岸伴生天然气燃烧排放估算模型；(b)已有基于VIIRS Night-Fire (VNF)估算模型

图2 离岸伴生天然气燃烧排放双盲验证。(a) 本文MSI模型估算结果与实际燃烧排放差异；(b) 已有的VIIRS VNF估算模型与实际燃烧排放数据差异。红点为2021年双盲验证结果。GOM为美国墨西哥湾

图3 全球离岸伴生天然气燃烧位置分布(基于853万景Sentinel-2 MSI 20米分辨率影像)

图4 全球离岸伴生天然气燃烧清单数量(月度)对比(MSI：本研究；VIIRS：已有清单)

图5 全球离岸伴生天然气燃烧排放呈帕累托分布

图6 全球离岸伴生天然气变现潜力分级

图7 2016–2021年各国离岸伴生天然气年燃烧排放量估计结果

图8 (a) 2016–2021年全球离岸伴生天然气燃烧动态(蓝点：年发生频率；绿点：伴生天然气燃烧年平均辐亮度)；(b) 全球离岸伴生天然气燃烧排放量估计与预测(红点：MSI估算结果；黄点：VIIRS 估算结果)

该成果以"Global declines of offshore gas flaring inadequate to meet the 2030 goal"为题于2023年5月11日发表在《Nature Sustainability》。论文一作、通讯为刘永学教授。美国南佛罗里达大学胡传民教授、西湖大学张羽中博士和南京农业大学王松寒教授为主要合作者。南京大学为唯一一作单位和通讯单位。

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https://doi.org/10.1038/s41893-023-01125-5

转自：“生态遥感前沿”微信公众号

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